본 연구에서는 국내에서 발생했던 산사태에 대한 사례연구를 통하여 GIS 기반의 산사태 예측모형 SINMAP의 적용성을 검토하였다. 사례연구의 대상지역은 서울에서 남쪽으로 78km 정도 떨어진 곳에 위치한 용인시 이동면 덕성리 소재 달봉산으로 1991년 집중호우기간 동안에 많은 산사태가 발생하였다. 이 지역에 대하여 SINMAP을 적용하여 당시 산사태지도와 비교 분석한 결과 대부분의 산사태를 성공적으로 예측하였다. 또한 본 연구에서는 SINMAP 모형의 적용에 필요한 3가지 매개변수인 흙의 내부마찰각, 점착력, T/R 산사태 예측에 미치는 영향과 적정범위에 대하여 검토하였다 본 연구를 통하여 SINMAP은 사면 경사가 급하고 토층의 두께가 얕은 국내산지의 산사태 위험도를 예비적으로 평가하는 유용한 도구가 될 수 있는 것으로 보인다.
본 연구에서는 국내에서 발생했던 산사태에 대한 사례연구를 통하여 GIS 기반의 산사태 예측모형 SINMAP의 적용성을 검토하였다. 사례연구의 대상지역은 서울에서 남쪽으로 78km 정도 떨어진 곳에 위치한 용인시 이동면 덕성리 소재 달봉산으로 1991년 집중호우기간 동안에 많은 산사태가 발생하였다. 이 지역에 대하여 SINMAP을 적용하여 당시 산사태지도와 비교 분석한 결과 대부분의 산사태를 성공적으로 예측하였다. 또한 본 연구에서는 SINMAP 모형의 적용에 필요한 3가지 매개변수인 흙의 내부마찰각, 점착력, T/R 산사태 예측에 미치는 영향과 적정범위에 대하여 검토하였다 본 연구를 통하여 SINMAP은 사면 경사가 급하고 토층의 두께가 얕은 국내산지의 산사태 위험도를 예비적으로 평가하는 유용한 도구가 될 수 있는 것으로 보인다.
In this study, application potential of SINMAP, a GIS-based landslide hazard mapping tool, is evaluated through a case study. Through the application to the severe landslide events occurred during a heavy storm in 1991 on the Mt. Dalbong area about 78 kilometers south from Seoul, SINMAP successfully...
In this study, application potential of SINMAP, a GIS-based landslide hazard mapping tool, is evaluated through a case study. Through the application to the severe landslide events occurred during a heavy storm in 1991 on the Mt. Dalbong area about 78 kilometers south from Seoul, SINMAP successfully spotted most landslide sites. The effects and proper ranges of three calibration parameters of SINMAP, i.e. the soil internal friction angle, the combined cohesion of tree roots and soil, and T/R, were examined through comparison of predicted landslides with the landslide inventory data. From the findings of this study, it seems that SINMAP could be used as an effective screening tool for landslide hazard mapping especially for mountain areas with fairly steep slopes and relatively thin soil layers.
In this study, application potential of SINMAP, a GIS-based landslide hazard mapping tool, is evaluated through a case study. Through the application to the severe landslide events occurred during a heavy storm in 1991 on the Mt. Dalbong area about 78 kilometers south from Seoul, SINMAP successfully spotted most landslide sites. The effects and proper ranges of three calibration parameters of SINMAP, i.e. the soil internal friction angle, the combined cohesion of tree roots and soil, and T/R, were examined through comparison of predicted landslides with the landslide inventory data. From the findings of this study, it seems that SINMAP could be used as an effective screening tool for landslide hazard mapping especially for mountain areas with fairly steep slopes and relatively thin soil layers.
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문제 정의
SINMAPe 수문학과 토질역학적인 이론적 기반에 근거한 사면안정해석모형으로서 적정한 매개변 수의 선정에 대해서는 국내외적으로 체계적인 연구가 미흡하며 국내 산사태에 대한 적용성은 아직까지 평가 된 바 없다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 발생한 산 사태 사례 중에서 자료가 체계적으로 정리된 달봉산 지역 산사태를 대상으로 SINMAP의 적용성과 적정한 매 개변수의 범위 등에 대하여 검토하였다.
본 논문에서는 산사태 위험지역을 스크린하는 방법으로서 SINMAP 기법의 적용성을 검토하였다. SINMAPe 원래 캐나다 Forest Renewal British Columbia의 지원에 의해 Pack et al.
가설 설정
Eq. (1)은 습윤상태 의 흙과 건조상태 흙의 밀도가 같다는 간략화 가정 하 에 유도되었다. Pack et al.
위의 Eq. (4)에 포함된 매개변수 중에 비 집 수면적 a와 사면경사 0 등은 지형자료로부터 산정이 가능하며 물과 흙의 밀도비 r는 0.5로 가정하고 있다. 식생뿌리와 흙의 점착력이 종합된 C 흙의 마찰력tanΦ, 지하수 재충진율과 흙의 투수량계수의 비 R/T 등이 불 확실성을 내포한 매개변수로서 .
SINMAP에서는 Eq. (5)와 같이 이들 3개의 매개변수 들이 각각 상한계와 하한계 범위를 가지며, 이 범위 내에서 발생확률이 균일한 확률분포(uniform probability distribution)를 갖는 것으로 가정한다.
흙의 상대적 점착력 C는 식생뿌리와 흙의 점착력을 합한 전체 점착력과 흙 무게와의 상대적인 비로 나타내고 있으며 무차원이다. 그리고 상대 습윤도(relative wetness)를 사면의 배수특 성과 연관시켜서 w = Ra/ Tsinθ로 가정하였다. 여기서 7?a[m2/hr]^ 정상상태 지하수 재충진율(a steady state lateral recharge rate)을 나타내며, a[m2/m]fe- 비집수 면적 (specific catchment area), R[m/hr]은 투수계수 (hydraulic conductivity) 비집수면적 a는 다음과 같이 정의할 수 있다.
두 번째 방법은 사면이 시작되는 지점으로부터 산사 태 발생시작점까지의 거리를 SINMAP에서 계산된 흐 름방향선 (flow direction line) 을 따라 Arc View 에서 측정하여 (T/R)sinθ와 같은 값을 갖는 것으로 가정하는 것이다.
두 번째 매개변수인 T/R에 대해서는 다음의 두 가지 방법을 적용하여 평가하였다. 이러한 방법을 적용함에 있어서 본 연구에서 적용한 기본적인 가정은 산사태 발 생시작지점은 지하수로 포화되어 있다는 것이다(즉, w = Ra/TsinO — 1.0). 그러나 이 가정은 사면경사 와 배수특성 등에 따라 적용되지 않는 지역들이 생길 수 있다.
제안 방법
본 연구에서는 Fig. 5(a)의 산사태지도를 스캔한 후 UTM 좌표계에 맞추어 좌표 보정을 수행하였다. 좌표 보정된 산사태지도를 이용하여 Arc View 에서 총 158개의 다각형으로 구성된 산사태흔적 주제도를 Fig.
Case 2: SINMAP 프로그램의 기본값(default values) 으로서 다른 2가지 경우와 비교하기 위하여 검토하였다.
산사태 위험지역에 대한 SINMAP 의 예측능력 (performance)을 평가하기 위하여 본 논문에서는 다음 의 3가지 척도를 도입하였다: (1) 산사태 흔적지역에 대한 SINMAP 예측의 SI 평균치와 표준편차, (2) 산사태 가 발생하지 않은 지역에 대한 SINMAP 예측의 SI 평 균치와 표준편차, (3) 산사태 발생시작점들이 산사태 위 험도 분류와 일치하는 정도 등이다. SINMAP 예측의 SI 평균치와 표준편차에 대해서는 SINMAP의 사면안 정계수 SI 계산결과가 레스터자료 형태이므로 산사태 흔적주제도와 ArcView Grid Analyst Extension을 이용하여 산사태 흔적지역과 산사태가 발생하지 않은 지역의 자료를 각각 추출(extract)하여 통계치를 산정하였다. 산사태가 발생한 지역에 대해서 뿐만 아니라 산사 태가 발생하지 않은 지역에 대해서도 SI를 비교하는 것은 SINMAP이 산사태 위험도를 과도 또는 과소 평가 하고 있는지 여부를 평가하기 위한 것이다.
SINMAP 예측의 정확도(accuracy)는 산사태가 발생한 지역인지의 여부에 따라 다음의 두 가지 척도로 평가 하였다: (1) 산사태 흔적지역에 대해서는 산사태 흔적주 제도에서 산사태 흔적지역에 포함된 전체 그리드 셀 수 에 대한 SI가 1.0 보다 크거나 같은 셀들의 수의 비율로 정의하였다. (2) 산사태가 발생하지 않은 지역에 대해서는 산사태 흔적주제도에서 산사태가 발생하지 않은 지역에 포함된 전체 그리드 셀 수에 대한 SI가 1.
SINMAPe 정상상태 수문모형(steady state topographic hydrologic model)과 무한평면사면해석모형 (infinite plane slope stability modelX 결합한 GIS 기 반의 산사태 위험도 산정 프로그램이다. 본 논문에서는 서울에서 남쪽으로 약 78킬로미터 지점에 위치한 용인 시 소재 달봉산에 1991년 7월 집중호우시 발생한 산사 태에 대하여 SINMAP을 적용하였으며, SINMAP 예측 은 기록된 산사태 발생지역과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
SINMAP에 필요한 세 가지 매개변수의 범위가 결정 됨에 따라 ArcView에서 SINMAP 프로그램을 실행하여 결과를 분석하였다. 총 30가지 경우의 매개변수 조 합에 대하여 분석하였으며, 여기에서는 그중 Run No.
두 번째 매개변수인 T/R에 대해서는 다음의 두 가지 방법을 적용하여 평가하였다. 이러한 방법을 적용함에 있어서 본 연구에서 적용한 기본적인 가정은 산사태 발 생시작지점은 지하수로 포화되어 있다는 것이다(즉, w = Ra/TsinO — 1.
8°를 적용하여 T/R의 하한계를 5m로 추정하였다. 본 논문에서는 Table 5에 제시된 바와 같이 총 5가지 경우로 구분하여 T/R범위 의 적정성을 비교 검토하였다.
SINMAPe 정상상태 수문모형(steady state topographic hydrologic model)과 무한평면사면해석모형 (infinite plane slope stability modelX 결합한 GIS 기 반의 산사태 위험도 산정 프로그램이다. 본 논문에서는 서울에서 남쪽으로 약 78킬로미터 지점에 위치한 용인 시 소재 달봉산에 1991년 7월 집중호우시 발생한 산사 태에 대하여 SINMAP을 적용하였으며, SINMAP 예측 은 기록된 산사태 발생지역과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. SINMAP 프로그램의 3가지 매개변수(흙 의 내부마찰각, 점착려 T/I。에 대하여 실측 산사태자 료와의 비교를 통하여 검토한 결과 달봉산 지역에 대한 흙의 내부마찰각은 38°~43°가 적절한 것으로 분석되었다.
06m를 다시sinθ로 나누어 T/R를 구하면88m 정도가 된다. 사면경사 산정의 오차와 표준편차를 벗어나는 산사태 자료 등을 감안하여 본 연구에서는 달 봉산지역 T/R의 상한계를 계산치 88m 보다 다소 큰 값인 100m로 추정하였다. 한편, Table 4의 Method 2에서 구한 a=(T/R)sinθ의 최소값 2.
산사태 위험지역에 대한 SINMAP 의 예측능력 (performance)을 평가하기 위하여 본 논문에서는 다음 의 3가지 척도를 도입하였다: (1) 산사태 흔적지역에 대한 SINMAP 예측의 SI 평균치와 표준편차, (2) 산사태 가 발생하지 않은 지역에 대한 SINMAP 예측의 SI 평 균치와 표준편차, (3) 산사태 발생시작점들이 산사태 위 험도 분류와 일치하는 정도 등이다. SINMAP 예측의 SI 평균치와 표준편차에 대해서는 SINMAP의 사면안 정계수 SI 계산결과가 레스터자료 형태이므로 산사태 흔적주제도와 ArcView Grid Analyst Extension을 이용하여 산사태 흔적지역과 산사태가 발생하지 않은 지역의 자료를 각각 추출(extract)하여 통계치를 산정하였다.
실제 산사태발생지점과 SINMAP에서 예측된 위험도 분류(precHcted state)가 얼마나 일관성 있게 잘 일치하 는가를 살펴보기 위하여 산사태 발생시작점들이 6개 SI 그룹 내에서 어떻게 분포하는지를 가중치를 적용하여 평가하였다. 이를 위해서 본 논문에서는 산사태발생시 작점(LIP)의 SINMAP 위험도 분류에 대해서 Eq.
최근에 발생한 대규모 산사태의 예로는 2002년 일강우량 880mm의 폭우를 동반한 태풍 루사 기간 동안에 강원도 지역에서 발생한 산사태를 들 수 있다. 집중호우와 산사태가 겹침에 따라 산사태로 인한 토석의 하상 퇴적과 유목 등의 부유물이 교각 등에 걸 림으로 인하여 피해를 크게 가중시켰다. 이 당시 촬영 한 항공사진에 의하면 거의 모든 계곡에서 산사태가 발생한 것을 알 수 있다(Fig.
첫 번째 방법에서는 각 산사태 발생시작점에 대한 집수면적 , 를 SINMAP 에서 계산된 , Contributing area, 그리드를 처리하여 산정하였다. 그리고 비집수면 적 a는 (이 경우 (T/R)sinθ와 같은 값을 같게 됨) a = A/b에서 산정하였다.
SINMAP에 필요한 세 가지 매개변수의 범위가 결정 됨에 따라 ArcView에서 SINMAP 프로그램을 실행하여 결과를 분석하였다. 총 30가지 경우의 매개변수 조 합에 대하여 분석하였으며, 여기에서는 그중 Run No. 22의 경우를 예로 들어 SINMAP 계산자료와 해석에 대해 간략히 설명하였고 구체적인 분석은 다음 절에 기 술하였다. Fig.
대상 데이터
6과 같이 작성하였다. 산사태 발생시작점 은 산사태 흔적 상단 크라운(crown) 중앙부를 기준으로 하였으며 총 244개의 산사태 발생시작점이 식별되었다.
성능/효과
특히, 흙의 내부마찰각의 하한계(즉, 25°, 30°, 38°)는 Eq. (5) and (6)에 나타난 바와 같이 사면안정계수 SI 값을 결정하는데 결정적인 역할을 하며 이에 따라 SI 평균치와 산사태발생지점과 위험도 분류기준과의 일관성 정도를 나타내는 가중평균 치(weighted scores)에 직접적으로 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 즉, 전반적인 사면안정계수 SI의 평균치는 흙 마찰각의 하한계에 비례하여 증가하며 산사태 발 생지점과 예측된 위험도와의 일관성에 대한 가중평균치는 감소하는 경향을 나타냈다.
Method 1에 의하여 SDWAP에서 산정한 비집수면적 a는 ArcView에서 수리전문가의 경험적인 판단에 의하여 작성한 값에 비하여 표준편차와 범위가 매우 크게 나타났다. 이것은 DEM 자료의 부정확성과 산사태 지도 작성 과정의 오차 등에 기인하는 것으로 추정된다.
SINMAP의 세 번째 매개변수 T/R에 대해 본, 논문 에서 검토한 5가지 경우에 대하여 분석한 결과 T/R이 1~30m인 경우 244개의 산사태 발생시작점들 중에서69.7%에 해당하는 170개 지점이 완전 포화된 지역(fully saturated zone)에 포함되는 것으로 예측되었다. 그러나 이것은 Kim et al.
0으로 동일하기 때문이다. 그러나 SINMAP의 기본값인 점착력 00~0.25는 점착력을 무 시한 경우(즉, 상한계와 하한계 모두 0.0) 에 비하여 사 면안정계수 SI 평균치에 있어서는 다소 높은 값을 나타 냈고 산사태발생지점이 예측된 위험도 분류기준과 일관 성 있게 일치되는 정도를 나타내는 가중평균치(WS)에 있어서는 전반적으로 낮은 값을 보여 달봉산 지역의 식 생과 흙의 산사태 억지력을 과대하게 평가하는 것으로 나타났다.
SINMAP 프로그램의 3가지 매개변수(흙 의 내부마찰각, 점착려 T/I。에 대하여 실측 산사태자 료와의 비교를 통하여 검토한 결과 달봉산 지역에 대한 흙의 내부마찰각은 38°~43°가 적절한 것으로 분석되었다. 또한 25°~35°는 이 지역의 산사태 위험도를 과도하 게 높게 예측할 가능성이 있는 것으로 나타났다. 한편, 식생뿌리와 흙의 점착력이 산사태 억지에 미치는 효과는 무시할 수 있는 것으로 분석되었다.
본 논문을 통하여 SINMAP의 적용성을 검토해 본 결과 SINMAPe 사면 경사가 급하고 토층 깊이가 얕 은 국내산지의 산사태 위험도를 예비적으로 평가하는 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 보인다. 앞으로 국내 에서의 활발한 산사태 연구와 적절한 대책수립을 위해서는 발생했던 산사태에 대한 정밀한 측량과 기록의 유 지가 선행되어야 할 것으로 사료된다.
즉, 전반적인 사면안정계수 SI의 평균치는 흙 마찰각의 하한계에 비례하여 증가하며 산사태 발 생지점과 예측된 위험도와의 일관성에 대한 가중평균치는 감소하는 경향을 나타냈다. 산사태가 발생했던 지역 들에 대한 SI의 평균치는 T/R이 2,000~3, 000m인 경우 를 제외하고는 모두 1.0 이하로 나타났으며 산사태가 발생하지 않았던 지역들에 대해서는 1.88 ~3.45의 범위 를 나타내 SINMAP의 예측능력이 전반적으로 우수한 것으로 분석되었다. 한편, 산사태 발생지점들이 SINMAP에서 계산한 위험도 분류기준과 어느 정도 일 관성 있게 부합되는지를 나타내는 가중평균치는 20.
산사태가 발생했던 지역과 발생하지 않았던 지역에 대한 예측의 정확도(accuracy)는 두 지역에 대한 예측 의 적정한 균형점을 모색할 필요가 있다고 보이며, 이런 관점에서 흙의 내부 마찰각 38°~43°가 가장 적정한 결과를 보이고 있다고 판단되며, 그 다음으로는 30°~ 45°, 25°~35°의 순으로 적정한 것으로 판단된다. 흙의 내부마찰각 25°~35°의 경우 산사태 발생지역에 대한 예측의 정확도는 90.
식생뿌리와 흙에 의한 점착력 C는 산사태발생지역 과 산사태가 일어나지 않았던 지역에 대한 예측의 정확 도에 직접적으로 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다. 이것은 본 논문에서 검토한 두 가지 점착력의 경우 모두 하한계가 0.
(5) and (6)에 나타난 바와 같이 사면안정계수 SI 값을 결정하는데 결정적인 역할을 하며 이에 따라 SI 평균치와 산사태발생지점과 위험도 분류기준과의 일관성 정도를 나타내는 가중평균 치(weighted scores)에 직접적으로 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 즉, 전반적인 사면안정계수 SI의 평균치는 흙 마찰각의 하한계에 비례하여 증가하며 산사태 발 생지점과 예측된 위험도와의 일관성에 대한 가중평균치는 감소하는 경향을 나타냈다. 산사태가 발생했던 지역 들에 대한 SI의 평균치는 T/R이 2,000~3, 000m인 경우 를 제외하고는 모두 1.
25~3 시간 후에 사면의 지하수위는 최고수위에 도달하였다. 지하수위가 최고수위에 이른 상태에서의 사면의 상대습 윤도를 당시 분석된 유한차분 해석결과로부터 판단해보면 대체로 70~90% 이내인 것으로 나타났다. 다만 포 화되지 않은 인장크랙이 사면 상단에 있는 경우 사면 하단에서 사면 길이의 대략 10% 정도까지 쐐기형의 완 전 포화된 지하수대를 형성하는 것으로 나타났다.
45의 범위 를 나타내 SINMAP의 예측능력이 전반적으로 우수한 것으로 분석되었다. 한편, 산사태 발생지점들이 SINMAP에서 계산한 위험도 분류기준과 어느 정도 일 관성 있게 부합되는지를 나타내는 가중평균치는 20.6-95.0 사이로서 편차가 비교적 컸으며 흙의 내부마찰각 외에도 점착력과 DR에 의하여 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.
또한 25°~35°는 이 지역의 산사태 위험도를 과도하 게 높게 예측할 가능성이 있는 것으로 나타났다. 한편, 식생뿌리와 흙의 점착력이 산사태 억지에 미치는 효과는 무시할 수 있는 것으로 분석되었다. 이것은 이 지역 의 지반이 모래질 흙(SM)으로 흙의 점착력이 무시할 수 있을 정도로 작고, 식생의 뿌리도 기반암을 뚫고 들 어가지 못하고 1.
후속연구
산사태가 발생하고 나서 시간이 경과하기 전에 산사태에 대한 상세한 조사와 기록을 작성하는 것이 중요하며 이에 대한 법적 제도적 및 예산의 뒷받침이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 달봉산 지역 산사태에 국한하여 검토하 였지만 국내에서의 적용성을 높이기 위해서는 앞으로 다양한 사면 조건(식생, 지반, 사면경사, 토층 두께 등) 에 대한 폭 넓은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 논문을 통하여 SINMAP의 적용성을 검토해 본 결과 SINMAPe 사면 경사가 급하고 토층 깊이가 얕 은 국내산지의 산사태 위험도를 예비적으로 평가하는 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 보인다. 앞으로 국내 에서의 활발한 산사태 연구와 적절한 대책수립을 위해서는 발생했던 산사태에 대한 정밀한 측량과 기록의 유 지가 선행되어야 할 것으로 사료된다. 산사태가 발생하고 나서 시간이 경과하기 전에 산사태에 대한 상세한 조사와 기록을 작성하는 것이 중요하며 이에 대한 법적 제도적 및 예산의 뒷받침이 필요할 것으로 사료된다.
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